离子液体在钙钛矿太阳能电池中的应用进展

杨丽丽，宋羽洹，薛彤鑫，张 乐，王英杰

(吉林师范大学 物理学院，吉林 四平 136000)

0 引言

太阳能是清洁能源，取之不尽用之不竭.利用太阳能是解决人类能源问题最有前景的方法之一，而光伏电池是一种可以将太阳能直接转化为电能的有效方式.目前市面上应用最广的是晶体硅太阳能电池，但其制作工艺复杂、需高温处理且成本很高，限制其大规模应用.因此人们开始寻找新的光伏电池，染料(量子点)敏化太阳能电池、CuInGaSe薄膜太阳能电池、有机太阳能电池等新兴光伏器件应运而生.然而上述电池的最佳光电转换效率通常仅为商硅电池的一半，效率提升过于艰难.近年来，钙钛矿太阳能电池异军突起，其光电转换效率已从2009年的3.8%快速提升至2021年的25.5%[1-3].因其制备工艺简单、成本低且光伏性能高等优点，成为最有希望替代硅基太阳电池的光伏技术.

钙钛矿材料是指拥有类似于钛酸钙(CaTiO3)晶体结构的材料，遵循AMX3的通式.在钙钛矿光伏材料中，A为有机阳离子或Cs离子，位于立方晶胞的角顶，与12个X卤素阴离子配位形成一个八面体结构；M为金属阳离子，位于立方晶胞的中心，与6个X卤素阴离子配位成立方八面体，如图1所示[4].常见的钙钛矿材料有MAPbX3、FAPbX3、CsPbX3等.钙钛矿具有载流子扩散长度长、缺陷容忍度高、光吸收系数高以及激子结合能小等优点，是适合制作光伏电池的优异半导体材料.

钙钛矿太阳能电池可以分为介孔结构和平面异质结结构：(1)介孔钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿材料覆盖在多孔TiO2上，作为光敏化剂，其结构为导电电极/TiO2致密层/多孔TiO2层/钙钛矿层/空穴传输层/金属电极[5]；(2)在平面异质型钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿既作为光吸收层，又起到传输电子和空穴的作用，即钙钛矿层参与光生载流子的产生、分离以及传输的全过程.与介孔钙钛矿太阳能电池相比，该结构电池不需要多孔TiO2骨架，简化了电池的制备工艺.平面异质型钙钛矿太阳能电池又分为n-i-p正置异质结和p-i-n倒置异质结.正置n-i-p平面异质结钙钛矿太阳能电池的一般结构是透明导电电极/电子传输层/钙钛矿层/空穴传输层/金属电极.倒置p-i-n平面异质结钙钛矿太阳能电池结构是基于正置n-i-p结构衍生出来的p-i-n结构，其一般结构是透明导电电极/空穴传输层/钙钛矿层/电子传输层/金属电极，如图2所示[6-8].

图1 钙钛矿晶体结构[4]

(A)介孔结构；(B)n-i-p型平面异质结结构；(C)p-i-n型平面异质结结构

钙钛矿太阳能电池的工作原理如图3所示[9].钙钛矿层在受到太阳光照射产生光生电子-空穴对.钙钛矿材料载流子复合几率较低，载流子迁移率高，扩散长度大.因此，未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，到达透明导电电极和金属电极.通过连接透明导电电极和金属电极，即可产生光电流.然而在上述过程中，不可避免的会有一些电子和空穴发生复合，这样就会造成载流子的损失[10-12].因此要提高电池的整体性能，必须将这些载流子的损失降到最低.

图3 钙钛矿太阳能电池工作原理[9]

钙钛矿太阳能电池目前发展迅速，但仍有若干关键因素制约其商业化进程.(1)光电转换效率.它是评估钙钛矿太阳能电池的一个重要指标.目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达到25.5%，但理论效率为50%，这说明其效率仍有突破的可能.研究人员可以通过优化钙钛矿材料组分、改进制备工艺、降低载流子复合几率及调控界面等手段进一步提升其效率.(2)器件的不稳定性.钙钛矿太阳能电池的不稳定性主要是由于钙钛矿材料在水、氧气、紫外线环境下易分解[13-14].目前，人们通过调节钙钛矿的组成、优化界面及新型封装技术等手段来克服这个问题.(3)大面积问题.现今研究人员通常使用旋涂法制备钙钛矿太阳能电池器件，但是这种方法难于沉积大面积、连续的钙钛矿薄膜，故还需改进其制备方法，从而制备出高效的大面积钙钛矿太阳电池，便于以后的商业化生产.(4)铅的毒性.截至目前，最高效的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料均含有铅离子，然而铅有毒，因此有必要开发无铅钙钛矿吸光材料.

在众多问题中，远低于商硅太阳电池20～30年的使用寿命，仅为上千小时的稳定性无疑是限制钙钛矿太阳电池走向实用化的最大瓶颈.因钙钛矿材料自身的离子性，水氧分子渗入钙钛矿晶粒间隙会导致其自身分解，这可以通过高效的封装技术予以解决[15-16].然而，钙钛矿是一种离子导体，光照会加剧离子迁移，也是导致其不稳定的原因所在[17].阴阳离子调控、晶界钝化等是抑制离子迁移的有效策略，其中添加剂工程因操作简单、成本低廉而备受人们关注[18-19].常见的添加剂有Lewis酸(例如：金属阳离子、富勒烯衍生物)，基于供体类型的Lewis碱(例如：O-供体、S-供体和N-供体)、铵盐和离子液体等[20].

离子液体是一种重要的添加剂.离子液体具有低毒、不易燃、离子导电性好、电化学性能优异、热化学稳定性高、可低温加工等优势，已经被人们用来控制钙钛矿结晶过程、钝化钙钛矿缺陷、降低离子迁移以及减小滞后现象，是获得长期稳定高效钙钛矿太阳能电池的理想选择[21-38].本文将详细地介绍离子液体的定义、性质及种类，并从离子液体的种类出发，根据不同种类离子液体的特点，综述离子液体及其复合材料在钙钛矿太阳能电池中的应用.

1 离子液体

1.1 离子液体的定义

1.2 离子液体的性质

离子液体具有低毒性、不易挥发性、不易燃性、低蒸汽压、良好的离子电导率、优异的电化学性能且在室温下离子液体的黏度很大(其黏度由离子液体内部的范德华力与氢键的相互作用决定，通常会比传统的有机溶剂高1～3个数量级).另外，其对许多无机盐和有机物有良好的溶解性、低温加工性以及高的热稳定性和化学稳定性.离子液体的性质与阴离子和阳离子的结构及相互作用密切相关，氢键和疏水性也会影响离子液体的性质[21].通过阳离子和阴离子的合理组合及结构设计，可以很容易在较大范围内调节离子液体的物理和化学性质.

1.3 离子液体的种类

图4 离子液体常见的阳离子、阴离子结构[22]

2 离子液体的应用

2.1 离子液体在钙钛矿太阳能电池中应用的进展

2.1.1 咪唑类离子液体

(A)咪唑阳离子[23]；(B)1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐[24]；(C)1，3-二甲基-3-咪唑六氟磷酸盐[25]；(D)1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯化物[27]；(E)1-甲基-3-丙基咪唑溴化铵[28]；(F)羟基乙基功能化碘化咪唑[29]

图6 (A—B)TiO2和m-TiO2样品的AFM图；(C)钙钛矿太阳电池的能级图；(D)TiO2和m-TiO2的电子迁移率；(E)反向和正向扫描方向下的J-V曲线；(F)在AM 1.5G光照条件下，没有封装的m-TiO2 PSCs的光电转换效率稳定性[24]

朱学杰等[25]利用1，3-二甲基-3-咪唑六氟磷酸盐(DMIMPF6)钝化FA0.92Cs0.08PbI3钙钛矿太阳能电池的钙钛矿表面，并降低钙钛矿和空穴传输层之间的能量势垒.DMIMPF6分子结构式如图5(C)所示.理论模拟和实验结果表明，[DMIM]+与钙钛矿表面的Pb2+结合可以有效钝化缺陷，从而显著抑制非辐射复合，将器件的光电转换效率从21.09%提高到23.25%.此外，DMIMPF6具有良好的疏水性，可以有效阻止水分渗透，因此处理过的钙钛矿太阳能电池器件显示出更好的长期环境稳定性，如图7(A—C).该课题组又使用1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化铵(AMICl)稳定纯FAPbI3钙钛矿的α相[26]，如图7(D—F)所示，密度泛函理论(DFT)计算表明，由于PbI2和AMICl形成的中间产物使FAPbI3晶粒尺寸大、结晶度好，因此陷阱密度低，载流子寿命长，载流子复合受到极大抑制，将纯相FAPbI3电池器件的光电转换效率从18.47%提高到20.76%，没有任何封装的器件在环境中暴露24 d后效率仍约保持其初始值的87%，表现出优异的环境稳定性.

贺本林团队[27]制作了不含空穴传输材料(HTM)的碳基CsPbBr3钙钛矿太阳能电池，使用1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯化物([BMMIm]Cl)离子液体作为钙钛矿薄膜的改性层，[BMMIm]Cl分子结构式如图5(D)所示.结果表明，含有N原子的孤对电子和未配位的Pb2+和Cs+之间形成化学键，钝化了钙钛矿膜的表面缺陷，并降低钙钛矿的价带，使其接近碳电极的功函数，从而显著抑制了非辐射和辐射电荷的复合；同时，[BMMIm]Cl分子中的疏水性烷基链沿钙钛矿表面排列，提高了CsPbBr3钙钛矿薄膜的疏水性.最终CsPbBr3器件获得了9.92%的光电转换效率，且表现出良好的长期稳定性，如图8所示.

图8 (A) [BMMIm]Cl IL钝化 CsPbBr3钙钛矿的原理图；(B) J-V曲线；(C) CsPbBr3膜的AFM图；(D) [BMMIm]Cl修饰CsPbBr3薄膜的能级图示意图；(E)[BMMIm]Cl修饰的CsPbBr3膜的AFM图[27]

宋群梁团队[28]使用1-甲基-3-丙基咪唑溴化铵(MPIB)作为MAPbI3钙钛矿薄膜添加剂，MPIB分子结构式如图5(E)所示.借助扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱等表征分析，证明了MPIB作为添加剂的主要作用是通过含有N原子的孤对电子钝化未配位的Pb2+，形成Pb—N键，从而减少钙钛矿薄膜缺陷，促进晶体生长以提高薄膜质量，使用MPIB添加剂后，MAPbI3器件的光电转换效率从原始的15.9%提高到18.2%，如图9所示.

图9 (A) MPIB与表面钙钛矿分子之间的钝化机理示意图；(B—C)原始钙钛矿和MPIB钙钛矿薄膜的SEM图；(D)原始钙钛矿和MPIB钙钛矿薄膜上测量Pb 4f核心能级的高分辨率XPS谱图；(E) J-V曲线；(F)环境空气条件下薄膜和器件稳定性测试图[28]

王忠胜团队[29]设计并合成了羟基乙基功能化碘化咪唑(BIPH-Ⅱ)，BIPH-Ⅱ分子结构式如图5(F)所示，并利用自组装技术对导电衬底表面进行BIPH-Ⅱ修饰，制作无电子传输层的MAPbI3钙钛矿太阳能电池.研究发现，离子液体中的羟基锚定基团与导电衬底表面形成了强化学键，从而降低了导电基底的功函数，增强界面电子的提取，同时延缓界面电荷的复合，将MAPbI3器件的光电转换效率由9.01%提高到17.31%，且器件显现良好的稳定性，如图10所示.

图10 (A)BIPH-Ⅱ修饰钙钛矿太阳能电池的器件结构；(B)使用的PSCs材料的能级结构；(C) J-V曲线；(D)以标准方框图表示的设备的PCE统计；(E)在相对湿度为10%～15%的环境条件下，在黑暗中储存的未密封PSCs器件的长期稳定性[29]

以上为咪唑类离子液体在钙钛矿太阳能电池中的应用，咪唑类离子液体具有良好的导电性，优越的电荷迁移率，并且咪唑阳离子与钙钛矿表面的Pb2+结合，可以有效的钝化缺陷，抑制非辐射复合，提升器件的光电转换效率及稳定性.

2.1.2 吡啶类离子液体

(A)吡啶阳离子[23]；(B) N-氰-4-二甲氨基吡啶四氟硼酸盐[30]；(C) 1-乙基氯化吡啶[31]；(D) 1-丁基溴化吡啶[32]；(E)1-丁基-3-甲基吡啶双(三氟甲基磺酰)酰亚胺[33]

图12 (A) PSCs结构示意图；(B) J-V曲线；(C)CsFA钙钛矿与NDAPBF4的能级排列示意图；(D—E)对照组和添加0.5%NDAPBF4的钙钛矿薄膜的SEM图；(F) PSCs在85 ℃氮气环境下加速老化的PCE演变[30]

杨利营团队[31]在用一步沉积法制备高效平面异质结钙钛矿太阳能电池的过程中，使用1-乙基氯化吡啶(1-EC)来控制MAPbI3钙钛矿薄膜的生长形态，获得连续致密无孔洞和针孔的钙钛矿薄膜，1-EC分子结构式如图11(C)所示.在旋涂、溶剂蒸发过程中，1-EC由于其极性特性，可迅速形成细小的纳米团聚体，并均匀分布在前驱体溶液中，这些聚集体类似于金属氧化物支架，可以为成核和结晶提供许多非均质成核位点，从而获得更均匀的钙钛矿薄膜.此外，1-EC添加剂含有富电子的吡啶环，可以提供多余的电子来中和钙钛矿表面和晶界上存在的缺陷，因此1-EC添加剂可以有效地钝化表面缺陷.在高结晶钙钛矿薄膜中，较大的载流子扩散长度将有助于减少辐射复合的可能性，并改善电荷输运.在最佳添加浓度下，MAPbI3电池器件的光电转换效率达到11.8%.器件效率的提高主要归功于良好的晶体结构、更均匀的薄膜形貌以及薄膜中更少的缺陷，如图13所示.

徐平团队[32]将1-丁基溴化吡啶(BPB)离子液体层作为掩埋功能模板来生长无机CsPb0.75Sn0.25I2Br钙钛矿吸收层，BPB分子结构式如图11(D)所示.BPB掩埋功能层提供来自N原子的弧电子对，通过耦合效应与不饱和金属离子(Pb和Sn)配位，而来自氢键受体的电负性原子则为钙钛矿的生长提供了富电子环境，从而抑制了Sn2+的氧化，促进了钙钛矿薄膜的生长，使结晶度提高，从而减少了非辐射陷阱缺陷，将CsPb0.75Sn0.25I2Br电池器件的光电转换效率从6.80%提高到11.28%，并且未封装的设备表现出良好的环境稳定性，如图14所示.

图13 (A) PSCs器件结构；(B) 各层能级示意图；(C) 在不添加和添加1% 1-EC添加剂的情况下，最佳器件的J-V特性曲线；(D—E)原始钙钛矿和添加1% 1-EC钙钛矿的AFM图；(F—G)原始钙钛矿和添加1% 1-EC钙钛矿的SEM图[31]

图14 (A)提出的电子自下而上扩散的示意图；(B—C) CsPb0.75Sn0.25I2Br薄膜沉积在原始HTL和目标HTL上的SEM图；(D) 通过空间电荷限制电流(SCLC)测量来检测HTL的空穴迁移率；(E)PSCs的J-V特性曲线；(F)室温下未包封PSCs标准化PCE随惰性环境中储存时间的变化[32]

L.Calio等[33]使用1-丁基-3-甲基吡啶双(三氟甲基磺酰)酰亚胺(BMPyTFSI)作为(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15钙钛矿的疏水性掺杂剂，BMPyTFSI分子结构式如图11(E)所示，实现双重功能：p型掺杂剂和空穴传输层(HTM)的添加剂.吡啶基离子液体被认为是Bronsted酸碱的组合，可以辅助Spiro-OMeTAD的氧化，而阳离子在离子之间诱导静电力，从而通过增加空穴浓度增加电导率.因此BMPyTFSI将空穴传输层的电导率提高两个数量级，并减少电荷复合.研究发现，BMPyTFSI掺杂物质的量比例为7.8%时，器件光电转换效率达到了14.06%，与传统的三掺杂剂LITFSi+t-BP+FK209相比性能相当.且未封装的器件暴露在阳光下或大于50%相对湿度下进行数月的监测，掺BMPyTFSI的(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15器件表现出优异的长期稳定性(图15).

图15 (A)Spiro-OMeTAD和1-丁基-3-甲基吡啶双(三氟甲基磺酰基)亚胺 (BMPyTFSI) 的化学结构；(B)使用不同浓度的BMPyTFSI掺杂和未掺杂的 Spiro-OMeTAD 制备的器件的J-V曲线；(C—D)添加物质的量为7.8% BMPyTFSI的Spiro-OMeTAD层的接触角测试；(E)含有掺杂不同浓度 BMPyTFSI 和常规掺杂剂的 Spiro-OMeTAD 器件的光伏参数的演变[33]

综上所述，将吡啶类离子液体加入到钙钛矿太阳能电池中，可以优化钙钛矿晶粒生长，钝化钙钛矿表面缺陷，抑制钙钛矿和电子传输层以及空穴传输层界面的非辐射复合，并且吡啶类离子液体具有良好的疏水性，可以有效阻止水分渗透，从而钙钛矿器件的效率及稳定性均有所提高.

2.1.3 季铵类离子液体

(A)季铵阳离子[23]；(B)甲基乙酸铵[34]；(C)氢氧化四甲铵[37]；(D)四丁基醋酸铵[36]；(E)四甲基碘化铵

张坚团队[34]将甲基乙酸铵 (MAAc)添加到MAPbI3钙钛矿中，用于制造高性能碳基介观钙钛矿太阳能电池(MPSC)，如图17所示.研究表明，MAAc优先与PbI2相互作用形成MAPbI3-xAcx中间相，可以有效控制MAPbI3的结晶动力学，使MAPbI3薄膜表现出更高的结晶度、更低的缺陷密度和致密的孔隙，有效降低了MPSC中载流子的非辐射复合，实现了最高13.54%的光电转换效率，并且未封装的MAAc设计的MPSC在环境大气中在黑暗中储存50 d后保留了90%的初始效率.

图17 (A)MAAc离子液体的分子结构；(B)无HTM碳基MPSCs的能级图；(C)无MAAc和有MAAc (10 μL/mL)的最佳器件的J-V曲线；(D—E)不添加MAAc和添加MAAc制备的无HTM碳基MPSCs的SEM图；(F)无/有MAAc器件的长期空气稳定性测试[34]

史林兴等[35]在CsPbIBr2铯基全无机钙钛矿太阳能电池中引入甲基乙酸铵(MAAc)离子液体，如图18所示.铯基太阳能电池由于其良好的热稳定性和湿稳定性而受到广泛关注，但CsPbIBr2薄膜覆盖不足是限制其发展的主要原因，直接在TiO2上生长的CsPbIBr2薄膜具有大量的针孔，存在大量缺陷导致非辐射复合增加.该小组在沉积CsPbIBr2之前将MAAc离子液体涂覆到TiO2上，增强了CsPbIBr2膜的晶体质量并增强了电子传输层(ETL)和CsPbIBr2层之间的界面接触，降低了缺陷态密度并抑制了非辐射复合.优化的CsPbIBr2器件最佳光电转换效率达到8.85%，且稳定性得到了显著改善.

图18 (A) MAAc ILs的化学结构；(B—C)CsPbIBr2薄膜的SEM图；(D)不同光吸收层的最佳器件的J-V曲线；(E)在连续AM 1.5光照浸泡下或在温度为85 ℃(RH<1%)的暗箱中老化的器件的稳定性数据[35]

陈永华团队[36]使用醋酸丁铵(BAAcO)用于构建高效稳定的2DRP-Sn基钙钛矿太阳能电池，如图19所示.与丁基碘化铵(BAI)相比，BAAcO中的AcO-官能团与甲脒离子(FA+)和Sn2+有强烈的相互作用，组分间的相互作用允许形成可控的中间产物，从而生长出光滑、致密的钙钛矿薄膜，最终2DRP-Sn基钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率达到10.36%，并且在氮气中储存600 h后，在没有任何封装的情况下保持了约90%的稳定性.

图19 (A)基于BAAcO的2DRP-Sn基钙钛矿薄膜稳定性改善示意图；(B)J-V曲线；(C)基于BAAcO和BAI的2DRP-Sn基钙钛矿的相分布和载流子动力学示意图；(D)基于BAAcO和BAI的2DRP-Sn基钙钛矿器件的稳定性测试(在N2气氛中储存)[36]

图20 (A)TMAH-SnO2和钙钛矿的能带排列示意图；(B)基于高透明ITO/玻璃衬底的TMAH-SnO2基器件的J-V曲线；(C—D)n-SnO2和TMAH-SnO2上钙钛矿层的AFM图；(E—F)钙钛矿、TMAH钙钛矿、钙钛矿/n-SnO2和钙钛矿/TMAH-SnO2的稳态光致发光谱和归一化时间分辨光致发光谱[37]

综上所述，将离子液体作为添加剂添加到钙钛矿太阳能电池各功能层中，可以钝化钙钛矿薄膜缺陷，优化钙钛矿结晶，抑制非辐射复合，调节界面能带排列，加速电荷传输，是制备高效稳定钙钛矿太阳能电池的理想方案[39-48].

2.2 离子液体复合材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

尽管离子液体可以提高钙钛矿太阳电池的稳定性，但是由于离子液体的导电性相对较差，对钙钛矿太阳能电池的电荷传输起到负面影响.因此将离子液体与导电性能好的有机物或无机物结合，形成离子液体的复合材料，有望改善上述问题.

吴永真等[49]将甲基乙酸铵(MAAc)与小分子氨基硫脲(TSC)结合起来，添加到钙钛矿前驱体溶液中，如图22所示，制备出晶粒增大、缺陷密度低、厚度均匀的钙钛矿薄膜.MAAc可以作为形貌控制器生成均匀的钙钛矿薄膜，TSC中的氨基与钙钛矿之间相互作用，可以增大钙钛矿晶体的尺寸.因此，钙钛矿薄膜呈现出择优晶体生长，无序晶体堆积较少.最终，孔径面积为1.025 cm2的MAPbI3器件获得了19.19%的光电转换效率，且滞后可忽略不计.此外，添加双添加剂的钙钛矿器件热稳定性和光照稳定性均有很大提高，在85 ℃下500 h或光照1 000 h后，效率仍保持在80%以上.

图22 (A)将MAAc离子添加剂和TSC分子添加剂结合在以DMF为溶剂的PbI2-MAI前驱体溶液中，MAAc和TSC的化学结构图；(B—C)添加MAAc和添加MAAc+TSC的钙钛矿的SEM图；(D)综合光致发光强度(IPL)与不同通量光抽运注入的初始载流子密度的函数关系；(E)从大面积器件(活动面积为1.21 cm2)中选取5个孔径面积为0.09 cm2的不同点测量的J-V曲线；(F)在连续AM 1.5光照(短路，温度为25 ℃且相对湿度<25%)或在温度为85 ℃(相对湿度<25%)的暗箱中老化器件的稳定性数据[49]

钟新华团队[50]在钙钛矿前驱体溶液中引入MAAc和乙酸铯(CsAc)，制备了具有大晶粒、均匀和高覆盖度的CsPbBr3薄膜，如图23所示，Ac-与Pb2+的配位抑制了CsPbBr3晶体的生长，形成了全覆盖均匀的薄膜，CsAc的加入提高了CsPbBr3前驱体溶液的浓度，使钙钛矿厚度提高到600 nm，这种高质量CsPbBr3薄膜的形成机理主要是通过MAAc调整晶体动力学.相应地，在合成的钙钛矿太阳能电池中实现了高的光收集能力并且抑制了电荷重组.最终，添加MAAc和CsAc的CsPbBr3器件获得了7.37%的光电转化效率，并且器件还表现出良好的稳定性，在相对湿度为30%～35%的环境大气中1 500 h内衰减可忽略不计.

左少华团队[51]在CH3NH3PbIxCl3-x钙钛矿和Nb2O5膜之间插入了新型的[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)/离子液体([EMIM]PF6)双重缓冲层，如图24所示.与结晶的TiO2相比，非晶态的Nb2O5由于其优异的透光率，低温制备工艺以及与TiO2相似的费米能级，已被应用于平面钙钛矿太阳能电池中作为电子传输层.然而，电子传输速率仍然受到其低电子迁移率和经由室温沉积工艺的表面缺陷的限制.PCBM可以钝化Nb2O5的表面并提高电子提取能力.在旋涂钙钛矿前体溶液中，[EMIM]PF6可以改善PCBM的亲水性，并减少PCBM在DMF中的溶解，实现了较高的开路电压(超过1.09 V)和18.8%的光电转换效率.结果表明，室温沉积的Nb2O5可以替代结晶的TiO2薄膜，提出的改性策略可以促进未来高效平面钙钛矿太阳能电池界面改性层的发展.

图23 (A—C)基于原始、MAAc、MAAc/CsAc的CsPbBr3薄膜的俯视图和横截面SEM图；(D)FTO/TiO2/CsPbBr3/PCBM/Au器件的暗I-V特性；(E)基于MAAc/CsAc的PSCs的J-V曲线；(F)在(20～25)℃、(30～35)%湿度、无封装的环境下，MAAc/CsAc基PSCs的标准化光伏参数随时间的变化[50]

图24 (A) PCBM/Nb2O5薄膜的接触角图；(B) IL/PCBM/Nb2O5薄膜的接触角图；(C)钙钛矿/PCBM/Nb2O5薄膜的扫描电镜图；(D) 钙钛矿/IL/PCBM/Nb2O5薄膜的扫描电镜图；(E)以IL、PCBM和Nb2O5为ETL的平面PSCs的能级图；(F) J-V曲线[51]

综上所述，将离子液体与导电性能好的有机物或无机物结合，形成离子液体复合材料，应用在钙钛矿太阳能电池中后，弥补了离子液体导电性相对较差这一劣势.双掺可同时提升钙钛矿太阳能电池的导电性以及稳定性，具有更好的应用前景.

3 结论与展望

离子液体对许多无机盐和有机物有良好的溶解性、低温加工性以及高的热和化学稳定性，这些特性使离子液体适合应用于钙钛矿太阳能电池，且解决了器件效率以及不稳定性等重要问题.本文根据离子液体的不同种类总结了离子液体在钙钛矿太阳能电池中的最新应用进展.离子液体有良好的离子电导率、优异的电化学性能等诸多优势，加之分子结构多样化，将其添加到钙钛矿太阳能电池中，可以诱导生成平整致密的高质量钙钛矿薄膜，钝化钙钛矿或界面缺陷，调控器件能级结构，抑制复合，促进电荷转移，提高钙钛矿太阳能电池光伏性能.要重要的是，离子液体具有很高的热和化学稳定性，可以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性.但其自身电荷传输能力差，因此研究人员可以将稳定性高的离子液体与电荷传输能力优异的有机物或无机物结合，优化钙钛矿太阳能电池，有望获得长期稳定高效的钙钛矿太阳能电池.